ENLACE QUÍMICO I. 1.- Colocar las siguientes moléculas por orden creciente de su polaridad: HBr, HF, HI y HCl. Justificar brevemente la respuesta.

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1 ENLACE QUÍMICO I 1.- Colocar las siguientes moléculas por orden creciente de su polaridad: HBr, HF, HI y HCl. Justificar brevemente la respuesta. 2.- Al comparar dos moléculas muy similares como el CO 2 y el SO 2 se observa que en la primera el momento dipolar es cero, mientras que en la segunda no. Justifique esto de forma razonada. 3.- A partir de las configuraciones electrónicas de los correspondientes átomos, dé las estructuras de Lewis de las especies químicas : NF 3, NO 2 - y NO 3 -. Justifique también sus estructura e indique si el trifluoruro de nitrógeno es o no una molécula polar. 4.- Defina el Principio de exclusión de Pauli y comente su interés. Defina qué se entiende por energía reticular y en qué tipo de compuestos tiene más influencia. 5.- Explique razonadamente qué tipo de enlace o fuerza intermolecular hay que vencer para fundir los siguientes compuestos: a) Cloruro de sodio. b) Dióxido de carbono. c) Agua. d) Aluminio. 6.- Explique las razones que permiten comprender la siguiente frase: "A temperatura ambiente el cloro es un gas mientras que el cloruro de potasio es un sólido cristalino". 7.- Explique usando orbitales híbridos, la estructura y enlace de la molécula de metano. 8.- Explica según la teoría del enlace de valencia la existencia de moléculas de : a) Nitrógeno. b) Pentacloruro de fósforo. 9.- Usando la teoría de hibridación de orbitales explique la geometría del acetileno (etino), amoníaco y agua Defina qué entiende usted por compuesto complejo en química. Ponga algún ejemplo. Establezca tres diferencias importantes entre compuestos "covalentes e iónicos" Cuál de las sustancias siguientes tiene las mayores fuerzas intermoleculares de atracción? Porqué? 1) H 2 O; 2) H 2 S 3) H 2 Se; 4) H 2 Te; 5) H Para las moléculas: agua, catión amonio y fosfina (trihidruro de fósforo): 1) Escribir las fórmulas de Lewis. 2) Razonar cuál de ellas presenta un ángulo H - X - H mas abierto Enlace metálico: 1) Características del enlace. 2) Propiedades de los metales. 14.-Comente razonadamente la conductividad eléctrica de los siguientes sistemas: un hilo de Cu, un cristal de Cu(NO 3 ) 2 y una disolución de Cu(NO 3 ) 2

2 15.-Describa las características del enlace en las moléculas de cloruro de hidrógeno y ioduro de hidrógeno. Compare la polaridad de ambas y prediga razonadamente, cuál de ellas tendrá carácter ácido más acusado? 16.-Describa la geometría de la molécula HC C-BH-CH 3, indicando tipo de hibridación de los distintos átomos implicados. 17.-La variación de las energías de enlace para cloro, bromo y yodo sigue el orden Cl 2 > Br 2 > I 2, mientras que para los puntos de fusión es I 2 > Br 2 > Cl 2. Razone este comportamiento Defina el concepto de fuerzas intermoleculares. Tomando como referencia los hidruros de los elementos halógenos (Grupo 17 del Sistema Periódico), diferencie entre las interacciones predominantes en el compuesto del elemento cabeza del Grupo y en los restantes, indicando la variación de alguna propiedad física dependiente de las fuerzas intermoleculares. 19.-Representar primero las fórmulas electrónicas por puntos (estructuras de Lewis) para cada una de las especies que se dan a continuación y luego, utilizando el Modelo de Repulsión de los Pares de electrones de la Capa de Valencia (Teoría V.S.E.P.R.), predecir la geometría de las mismas especies: CO 3 2- SiH 4 CO 2 OF 2 SOLUCIONES 1.- Cuando se unen mediante enlace covalente dos átomos de diferente electronegatividad, los pares de electrones no están igualmente compartidos, formando enlaces covalentes polares. Por ejemplo, en el HCl existe una pequeña carga positiva en el H y otra negativa, también pequeña, sobre el Cl, al ser este más electronegativo que el de H. En general la polaridad aumenta al hacerlo la diferencia de electronegatividad entre los átomos unidos. Por tanto como la electronegatividad sigue en los halógenos el orden I < Br < Cl < F, la polaridad de las moléculas será : HI < HBr < HCl > HF. 2.- La molécula de CO 2 es lineal, con dobles enlaces en los que el átomo de carbono tiene hibridación sp. Al ser el oxigeno más electronegativo que el carbono, los enlaces serán polares. Sin embargo los dipolos eléctricos son iguales pero de sentido contrario y se anulan entre sí, por lo que la molécula será apolar. La molécula de SO 2 tiene un átomo central de azufre con hibridación trigonal sp 2, con un par de electrones sin compartir, un doble enlace y un enlace covalente coordinado o dativo que presenta dos estructuras resonantes. El par de electrones sin compartir hará que por repulsión el ángulo de enlace sea inferior al esperado de 120º. El oxigeno es más electronegativo que el azufre y los dipolos ahora no se anulan, por lo que la molécula será polar. 3.- Las configuraciones electrónicas son :

3 N: 1s 2 2s 2 2p 3 O: 1s 2 2s 2 2p 4 F: 1s 2 2s 2 2p 5 El trifluoruro de nitrógeno, tiene hibridación sp 3 lo que le confiere una geometría piramidal con ángulos ligeramente inferiores a los tetraédricos de 109,5º debido a la repulsión del par de electrones no compartidos. Será una molécula polar con la parte positiva en el N y la negativa en el centro de los F. El ion nitrito presenta una hibridación sp 2 en el N lo que le da una geometría angular de < 120º por la repulsión del par no compartido. El ion nitrato tiene el átomo de N con hibridación sp 2 y ángulos de 120º. Tanto el ion nitrito como el nitrato presentan enlaces pi entre orbitales p y además un enlace dativo o covalente coordinado donde el N aporta los dos electrones del mismo. Estas dos especies poseen formas resonantes, en las que varían la disposición de esos enlaces. 4.- Ver libro de Texto. 5.- a) Esta sustancia presenta enlace iónico, debido a la elevada diferencia de electronegatividad que existe entre sus átomos. b) El enlace entre los átomos de C y O es covalente, sin embargo las fuerzas intermoleculares de Van der Waals, tipo dipolo inducido- dipolo inducido, ya que la molécula es de geometría lineal, son las que unen a las moléculas por ser éstas apolares. c) En el agua hay un enlace covalente polarizado entre sus átomos, y al ser la molécula polar debido a la geometría angular que posee, tiene momento dipolar. las fuerzas intermoleculares serán por tanto dipolo-dipolo y además existen puentes de hidrógeno. d) El enlace en el aluminio es metálico. 6.- El cloro es una sustancia molecular, cuyas moléculas están unidas por débiles fuerzas de Van der Waals y presenta por tanto puntos de fusión y ebullición bajos, por eso en condiciones normales es un gas. El cloruro de potasio sin embargo es un compuesto iónico, y en consecuencia, tiene puntos de fusión y ebullición altos.

4 7.- La estructura de la molécula de metano se explica mediante hibridación tetraédrica o sp 3 en el átomo de carbono. (Hágase dibujo). De la combinación lineal de un orbital s y 3 p resultan cuatro orbitales híbridos sp 3, dirigidos hacia los vértices de un tetraedro regular, formando ángulos de 109,5º. Esta hibridación es característica de los átomos de carbono cuando presentan enlaces sencillos en las moléculas orgánicas. 8.- a) La molécula de N 2 se origina al unirse dos átomos de nitrógeno. Se solapan frontalmente dos orbitales p, cada uno de un átomo, formando un enlace y los restantes orbitales p (2 por cada átomo), se solapan lateralmente formando dos enlaces. La gran estabilidad de esta molécula se debe a la presencia de este triple enlace. (Hágase dibujo) b) Las estructuras electrónicas del fósforo y del cloro son: P : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 Cl : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 El átomo de fósforo presenta hibridación sp 3 d con los enlaces P-Cl dirigidos hacia los vértices de un pirámide trigonal. (Hágase dibujo). 9.- En el acetileno los átomos de carbono presentan hibridación lineal. De la combinación lineal de un orbital s y un orbital p surgen dos orbitales híbridos sp, que forman entre sí ángulos de 180º, lo que hace que la molécula sea lineal al estar los enlaces sigma en línea recta. Que dan dos orbitales p en cada átomo de C, orientados perpendicularmente uno respecto al otro, que son los que forman los enlaces pi. (Hágase dibujo). Los enlaces de las moléculas de amoníaco y agua se describen mediante hibridación sp 3, pero con uno o dos pares de electrones no compartidos, respectivamente. En la hibridación sp 3 o tetraédrica los ángulos son de 109,5º, pero en estas dos moléculas son ligeramente inferiores debido a la repulsión de los pares no compartidos (uno en el amoníaco y dos en el agua) que repelen a los pares compartidos con mayor intensidad que estos entre sí, disminuyendo los ángulos de enlace. Resumiendo la molécula de agua es angular y la de amoníaco es piramidal Los compuestos de coordinación o complejos son compuestos formados por un átomo o ion central, generalmente un metal de transición, unido mediante enlaces covalentes coordinados a moléculas o iones llamados ligandos. Cada ligando tiene como mínimo un par de electrones sin compartir, que le permiten formar un enlace covalente coordinado con el ion o átomo central; éste debe tener orbitales vacíos y de energía adecuada para aceptar la compartición de esos electrones. Esta circunstancia se da fundamentalmente entre los metales de transición, y por eso la mayoría de los complejos presentan como ion o átomo central a un metal de transición. El número de enlace formado por el átomo central es superior al que podría esperarse, considerando sus números de oxidación usuales. Ejemplo: Dicianodihidrurocobaltato(III) de sodio: Na[Co(CN) 2 H 2 ]. A temperatura ambiente los compuestos iónicos son sólidos con puntos de fusión altos, los compuestos covalentes moleculares son gases o líquidos. Los compuestos iónicos son conductores de segunda clase (fundidos o disueltos), los compuestos covalentes son malos conductores. Los sólidos iónicos son duros y frágiles, los covalentes moleculares muy blandos. 11.-El agua presenta las mayores fuerzas intermoleculares de atracción pues sus moléculas están unidas por puentes de hidrógeno, al ser el oxígeno un átomo muy electronegativo y de pequeño tamaño El amoniaco presenta un ángulo H-N-H más abierto. En él, el nitrógeno utiliza orbitales híbridos Sp3, pero el par de electrones no compartidos repele a los pares enlazantes y reduce los ángulos de enlace que son de 107 y no de ' característicos de la estructura tetraédrica. En el agua los dos pares de electrones no compartidos originan una repulsión mayor y el ángulo H-O-H es de 104,5. La molécula de fosfina se explica mejor por solapamiento de los orbitales ls del hidrógeno con los orbitales atómicos 3p del fósforo, por lo que su ángulo H-P-H es próximo a 90º, concretmanente 93º.

5 13.-Los metales son elementos electropositivos con pocos electrones de valencia, que están deslocalizados en la red. Cristalizan en estructuras metálicas de elevado número de coordinación: Red cúbica centrada en el cuerpo con índice de coordinación 8, red cúbica compacta y red hexagonal compacta con índices de coordinación 12. Según Drude y Lorentz los cationes del metal ocupan los nudos de la red y los electrones de valencia circulan por los intersticios constituyendo el llamado "gas electrónico". La teoría de Enlace de Valencia explica el enlace metálico mediante un número elevado de formas resonantes, pues no hay electrones de valencia suficientes para la formación de todos los enlaces covalentes para tan elevados índices de coordinación. En la teoría de Orbitales moleculares, el número de orbitales moleculares formados es igual al de orbitales atómicos combinados. En los metales, al ser muy grande este número, los niveles de energía se suceden de forma casi continua originando bandas de energía. La teoría de las bandas explica la existencia de conductores, semiconductores y aislantes. Los conductores tienen una banda de energía que no está llena o una banda llena se superpone con otra superior vacía, y los electrones pueden ocupar los distintos niveles vacíos de la banda. En los aislantes, la banda llena está separada de la vacía por una región extensa de energía, zona prohibida, que impide a los electrones ocupar los niveles de la banda vacía. En los semiconductores la situación es intermedia. Como todos los metales tienen estructuras muy semejantes, tienen también propiedades comunes: Son buenos conductores de la electricidad y del calor. Tienen densidades elevadas. Tienen puntos de fusión y de ebullición altos, excepto el mercurio. Presentan color gris, excepto el cobre y el oro, y brillo metálico. Son dúctiles y maleables. Producen el efecto fotoeléctrico y el efecto termoiónico. 14.-El hilo de cobre conduce la corriente eléctrica por ser un conductor metálico, en el que los electrones de valencia gozan de libertad para moverse por entre los cationes de la red al aplicar un campo eléctrico externo. El cristal de nitrato de cobre(ii) no es conductor pues los iones NO 3 - y Cu 2+ ocupan posiciones fijas en la red iónica. No pueden desplazarse. En la disolución de Cu(NO 3 ) 2 los iones poseen suficiente movilidad para desplazarse dentro de un campo eléctrico, conduciendo la corriente (conductores de segunda especie) Ambos son compuestos covalentes. El enlace se forma por compartición de un par de electrones desapareados. Tanto el cloro como el yodo son más electronegativos que el hidrógeno, por lo que el par de electrones del enlace no está igualmente compartido, formándose un enlace covalente polar. Como el Cl es más electronegativo que el I, la polaridad de la molécula de HCI es mayor. El HI tiene un carácter ácido más acusado que el HCI, pues al ser el I menos electronegativo que el Cl y de mayor tamaño cede el hidrógeno, como protón, con más facilidad. 16.-Los dos primeros átomos de carbono presentan hibridación sp, el átomo de boro hibridación sp2 y el tercer átomo de carbono hibridación Sp El solapamiento de orbitales atómicos que se produce en la formación de los enlaces covalentes es más intenso en los átomos de menor tamaño. Es, por tanto, más intenso en el cloro que en el bromo y en éste más que en el yodo. Las fuerzas de dispersión de van der Waals, entre moléculas covalentes, aumentan con la masa molecular. Por tanto, son más intensas en el yodo que en el bromo y en éste más que en el cloro. A eso se debe que, en condiciones normales, el cloro sea un gas, el bromo un líquido y el yodo un sólido Son fuerzas que se manifiestan entre moléculas neutras. En los hidruros de los halógenos, el hidrógeno se une con elementos más electronegativos (F, Cl, Br, I) y se forman enlaces covalentes polares.

6 Por ser el átomo de flúor de pequeño tamaño y muy electronegativo, las moléculas de HF se unen mediante enlaces de hidrógeno, presentando por ello puntos de fusión anormalmente elevados si se compara con el HCI, HBr y HI. Las moléculas de los restantes hidruros de los halógenos (HCI, HBr y HI) son dipolos permanentes y existen entre ellas fuerzas intermoleculares de van der Waals: fuerzas de orientación y de dispersión. Las fuerzas de dispersión aumentan al aumentar el tamaño de la molécula, al aumentar la masa molecular, por ello los puntos de fusión aumentan en el siguiente orden: HCI < HBr < HI Ion carbonato Estructura electrónica: C: ls 2 2s 2 2p 2 ; 0: ls 2 2s 2 2p 4 N de electrones: 4 del C en su capa de valencia + 6 de los oxígenos (2 desapareados en cada átomo) + 2 del ion = 12 e~. N de direcciones: Como cada oxígeno aporta 2 electrones desapareados, hay que situar 4 electrones en cada dirección, por tanto, existen 3 direcciones. Geometría: Triangular plana. Tetrahidruro de silicio Si: ls 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 ; H: ls 1 N de electrones: 4 del Si en su capa de valencia + 4 de los hidrógenos = 8 e-. N de direcciones: 4 (cada átomo de hidrógeno aporta I electrón desapareado). Geometría: Molécula tetraédrica. Dióxido de carbono N de elect. : 4 del C en su capa de valencia + 4 de los oxígenos (2 desapareados en cada átomo) = 8 e-. N de direcciones: como cada oxígeno aporta 2 electrones, hay que situar 4 electrones en cada dirección, en consecuencia, existen 2 direcciones. Geometría: Molécula lineal. Difluoruro de oxígeno F: ls 2 2s 2 2p 5 N de electrones: 6 del O + 2 de los átomos de flúor = 8 e-. N de direcciones: 4 (cada flúor aporta I electrón desapareado). Geometría: Molécula angular, en la que los dos pares de electrones no compartidos se repelen entre sí y repelen a los pares de electrones enlazantes.